2016 Fiscal Year Research-status Report
糖尿病時におけるマイクロパーティクル放出と血管障害発症メカニズムの解明
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15K07975
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| Research Institution | Hoshi University |
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Principal Investigator |
小林 恒雄 星薬科大学, 薬学部, 教授 (90339523)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 血管障害 / 糖尿病 / マイクロパーテイクル / 内皮細胞機能 / アンギオテンシン / 高血糖 / 細胞外小胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
内皮細胞膜から放出される細胞外小胞 (EEVs) 中にマイクロパーテイクルは含まれている。ヒト臍帯静脈内皮細胞 (HUVECs) にHigh glucose (HG)、Angiotensin II (Ang II) を処置することにより、T2DM時に多く見られる高血糖、高血圧状態を疑似的に作成し、放出されたEEVsのマウス摘出大動脈への影響を検討した。HUVECs の培養液内をLow glucose (LG) 、HG に調整し、さらに Ang II 処置をそれぞれ行い EEVs を作成した。Ang II 処置をすることにより内皮細胞から放出される EEVs 量が増加した。LG + Ang II 処置群EEVsにおいては、内皮機能への影響は認められなかったが、HG + Ang II 処置群EEVsにおいて内皮依存性弛緩反応の減弱、NO 産生の減少がみられた。さらに、HG + Ang II 処置群EEVsにおいて ERK 1/2 の活性の増加、eNOS の発現の減少がみられた。HG + Ang II に ERK 1/2 阻害剤を処置し作成した EEVs を胸部大動脈に処置したところ、HG + Ang II 処置群と比較して内皮依存性弛緩反応、NO 産生の低下は観察されなかった。今回の結果から、Ang II が 内皮由来EEVs 量を増加させることが明らかとなった。しかし、HG + Ang II 処置群EEVsでのみ血管内皮障害が認められたことから、高血糖状態とAng IIの増加によって EEVs の質が変化し、血管に付着することで血管内皮障害を引き起こす可能性が示唆された。さらに、EEVs の質の変化は ERK 1/2 の活性上昇が要因であると示唆された。よって糖尿病時において増加するグルコース、Ang IIの累積により、血管内皮機能障害が引き起こされている事が強く示唆される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の研究より、糖尿病時において血液中に存在する血小板由来MPの存在と糖尿病ラット由来MPは血管内皮機能の低下を生じることを報告した。更に、MPの内皮機能への作用機序として、NOS活性、NOSタンパク質発現の低下が認められた。ラット血中には、血小板、単球、内皮細胞等からの各種由来細胞MP を含んでおり、本年度は、前年度の結果を踏まえ、内皮細胞から産生される 細胞外小胞(EEVs)の産生機序の解明と EEV の内皮細胞への更なる影響について検討を行った。その結果、高血糖のみでは、血管内皮機能障害を生じさせるEEV は産生されず、Ang II などの他の血液性因子の増加と高血糖が同時に増加することによって、より内皮機能障害を生じやすいEEVが産生されることを明らかにした。また、その産生機序において、内皮細胞におけるシグナル伝達の1つであるERK が関与していることも明らかにした。これらのことは、糖尿病時におけるEEV,MPによって誘発される内皮機能障害の予防、治療をするためには、血糖コントロールとAng IIなどの他の血液因子のコントロール、ERK活性の阻害が重要である事を示唆する。また、これらの結果は、前年度に糖尿病ラットより抽出した MPによる内皮機能障害と作用機序がほぼ同様であり、in vitro によって産生されるMPと in vivo 中に存在するMPの病態生理が一致していることを示唆し、今後の実験において大変有意義なデータである。以上の結果は、糖尿病時における血管障害において、新規メカニズム、新規治療薬のターゲットを提唱し、更に、血管内皮機能と MPの相関関係から、血管障害の新規バイオマーカーとしての早期診断にも応用できる可能性を示唆する。この様な結果から、予算の関係により規模が縮小してはいるものの、研究の焦点の絞り込みも進み、研究はおおむね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
MP, EEVは、内皮機能低下、NOSタンパク質発現低下、ERK活性によって誘発していることが明らかになったので、更に分子機構を明らかにしたい。これまでの研究によって認められたグルコースとAngIIなどと同様に、糖尿病時に異常が認められる血液因子（share stress、サイトカイン、脂質など）に着目し、相互比較しながらMP放出の原因として、高血糖やshear stress、細胞内calpain活性化、細胞骨格タンパク質のリン酸化等が関与する放出メカニズムについても検討し、糖尿病時に増加する因子とMP, EEV生成放出機構を解明する。糖尿病モデル動物種、MP機能解析、血管部位、MP-血管シグナル伝達を更に進め、統合的に解析し、in vitro、ex vivo実験から、段階的に、in vivo実験、つまり実際の動物に投与するMP治療薬に繋げる。人工的に作成したMPやリポソームに、遺伝子(miRNAインヒビター;RNA mimic 、pre-miRNA発現プラスミド等)を導入し、それらをob/obマウス、db/dbマウス、GKラット糖尿病モデルに投与し、NOS、Akt等の活性、血管内皮細胞機能低下への改善効果を検討する予定である。また、MP由来細胞に遺伝子を導入し、その細胞から治療的MPを産生させ、血管機能障害が改善するかの試みも実現したい。これらの方法を用いて、治療的MPの動物における様々な生理学的な変化(血糖値、糖負荷試験、血圧、血管の病理学的な変化)についても検討しつつ、血管障害の原因となる糖尿病や高血圧、高脂血症等の根本的な治療的側面からも研究を進める。更に、本研究のMPの構造解析の結果をもとに、様々な血管障害モデルを作成し、血管障害の進行状態や血液因子とMPを比較検討し、血管障害バイオマーカーとしても情報提供をする。
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[Journal Article] Pioglitazone Ameliorates Smooth Muscle Cell Proliferation in Cuff-Induced Neointimal Formation by Both Adiponectin-Dependent and -Independent Pathways.2016
Author(s)
107. Kubota T, Kubota N, Sato H, Inoue M, Kumagai H, Iwamura T, Takamoto I, Kobayashi T, Moroi M, Terauchi Y, Tobe K, Ueki K, Kadowaki T.
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Journal Title
Sci Rep.
Volume: 6
Pages: -
DOI
Peer Reviewed
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